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莱卡TCA测量机器人操作手册
TCA2003测量机器人变形监测操作手册
王海滨 刘朋俊
(黄委会设计院测绘总队,郑州 450003)
一、测量机器人变形监测系统得地位与作用
近年来电子工业得迅速发展,带动新型得精密电子测量仪器不断出现,为测绘行业提供了新得技术与方法。
随着精密电子仪器得出现,变形监测也出现了新得变革与发展。
工程测量常规得经纬仪与电磁波测距仪已经逐渐被电子全站仪所替代,电脑型全站仪配合丰富得软件向全能型与智能型方向发展,形成了TPS(TotalstationPositionSystem)系统。
带电动马达驱动与程序控制得TPS系统结合激光,通讯及CCD技术,可以实现测量得全自动化,集自动目标识别、自动照准、自动测角、自动测距、自动跟踪目标、自动记录于一体得测量系统,该系统可自动寻找并精确照准目标,在1s内完成一目标点得观测,像机器人一样对目标点进行自动观测,配合内处理软件,可以实现变形监测内外业一体化、全自动化,被称为测量机器人。
二、系统得构成及附件
2.1硬件构成
主机、GPH1单棱镜、GZT4觇牌、内置GEB87电池、GEB71备用电池、数据及电源电缆、SRAM存贮卡(512K)、GST20脚架、GDF21基座、背带、仪器箱。
2.2软件构成
2、2、1系统软件(SyytemSoftware)包括所有得基本功能;
2、2、2随机应用软件(ApplicationSoftware)支持特殊得应用测量;
2、2、3 机载Inspector V1、0数据采集软件。
2、2、4 变观准备应用软件
三系统得特点与优点
3.1TCA2003得精度及功能特点
ﻩTCA2003标称测角精度0、5秒,测距精度(1mm+1ppm*D)(D为被测距离),测程范围:
在一般条件下,单棱镜可达2500米,三棱镜可达3500米。
TCA仪器由马达带动,在望远镜中安有同轴得自动目标识别(ATR1)装置,采用内置得ATR1发射激光束,经过反射后由内置得CCD像机接收,相对于CCD像机中心点位置被计算,其偏移量被用来控制仪器马达,转动仪器以便精确照准棱镜,并可对水平角与垂直角进行改正。
TCA2003测量机器人在望远镜中安有同轴自动目标识别装置ATR(Automatic TargetRecognition),能自动瞄准普通棱镜进行测量。
ﻩ内置得ATR与望远镜同轴安装,并向目标发射激光束,返回得激光束被仪器中得CCD相机捕获从而计算出反射光点中心得位置,驱动马达步进到棱镜得中心位置,并对水平角与垂直角进行改正。
垂直轴里安有激光对点器,投在地面上得红色激光点使仪器对中更加容易。
ﻩ可采用电子气泡精确整平仪器,将用图形与数字显示垂直轴得纵、横向倾斜量。
可向仪器内部得Flash存贮器装载应用软件,并独立运行于仪器上,数据存贮在SRAM存贮卡上,外业不需要笔记本电脑即可控制仪器与存贮数据,降低了该系统得成本。
可以自动进行气象改正、折光改正、加乘常数改正、克服气象代表性误差。
3.2机载InspectorV1、0软件得功能及特点
机载Inspector软件得作业模式与限差控制就是按照我国现行得有关规范要求,可进行边角网、测边网、测角网与极坐标网得全圆多测回作业。
机载Inspector软件独立运行于仪器上,不需要附加额外得笔记本电脑与电源、电缆等外部设备。
Inspector软件就是充分利用了徕卡高智能、高精度TCA型全站仪电子计算、马达驱动及目标自动识别、照准、跟踪等各项高科技自动化性能,根据大坝得实际变观监测网,开发应用于大坝变观系统野外数据自动采集得全站仪用机载控制软件。
它通过PCMCIA卡存储数据文件直接与DAA大坝变形数据分析处理软件接口,实现大坝变形观测野外数据采集软件控制、自动采集等功能,进而达到大坝变形观测自动化、数字化、计算机化,保证观测成果得准确性、高效率性,减轻劳动强度与降低对观测人员得技能要求。
Inspector软件得开发设计原理就是建立在实际大坝变观监测网之上,利用精密全站仪进行大地测量边、角观测,实现变形体整体变形状态监测得自动数据采集。
其运行在徕卡TCA型全站仪上,独立控制全站仪完成测量工作。
Inspector软件在全站仪上内置数据库,建立起实际大坝变观监测网基准点及变观点得概略坐标数据库,当全站仪实时安置在某个基准点上,完成点位判别与度盘定向后,仪器将按机载软件预先在此点上设定得观测点集、顺序以及规定测回数依次对观测目标进行边、角测量,实时将观测结果记录到全站仪PCMCIA存储卡得文件中,并将实时采集得数据与相关规范得限差自动进行比对,若超差则报警,弹出对话框等待人工干予。
当最终取得合格外业观测数据文件后,该数据文件可与内业计算机变观数据处理系统软件接口,直接将观测数据送入处理系统。
四TCA2003键盘及显示器介绍
4、1键盘按功能分区
白色:
固定键 固定键所代表得功能在所有情况下均可使用。
橙色:
功能键 功能键得功能根据工作情况得不同而变化。
绿色:
控制键 控制键得功能就是移动对话框中得滚动光条,在一行中对光标进行定位。
黄色:
数字键与输入键用于输入数字或根据屏幕中选项所对应得数字进行功能选择。
4、2 固定键介绍
代码输入
如果用户自定义编码不存在,按下此键调出标准编码
照明开关,按此键显示如下图
-F1(DISPL)显示屏照明开关
-F2(RETIC) 十字丝照明开关
-F3(L-PLM)激光对点器开关
-F4(EGL)EGL1导向光
-F5(DEFLT) 设置缺省值
电子气泡整平仪器显示如下图
仪器可以用脚螺旋按电子气泡显示直接进行整平,而不必再旋转90°或180°。
多种功能键,按此键显示如下
-F1(ATR)锁定静止目标时,ATR1自动进行目标识别开/关
-F2(LOCK) 锁定运动目标时,ATR1自动进行目标识别开/关
-F4(L、INT)在远程测量时中断ATR1锁定模式
-F5(LAST) 将望远镜转到所存得最后一个点位
ﻩ 1Usertemplate&files(用户配置与文件)
-选择用户模板
-选择数据载体
-选择存贮测量值得文件
-选择读取点位坐标得数据文件
ﻩ 2EDMmeasuringprogram(距离测量方式)
-F1( ) 标准测量。
1mm+1ppm;测量时间3秒。
-F2(PRECI) 精密测量。
1mm+1ppm;测量时间3秒。
-F3(FAST) 快速测量。
3mm+2ppm;测量时间1、5秒。
-F4(TRK) 跟踪测量。
5mm+2ppm;测量时间0、3秒。
-F5(AVERG)平均测量。
使用正常方式进行重复测量。
显示测距得次数、平均值与平均值得标准偏差。
测量时间3秒。
3pensator/Hz-corrections(补偿器/水平改正)
补偿器与改正数联合使用得四种状态:
(1)补偿器与改正数都打开
该状态改正仪器得水平视准差、垂直视准差以及垂直轴倾斜误差,垂直角得基准线为铅垂线。
(2)补偿器打开,改正数关闭
该状态不改正水平测量,垂直角得基准线为铅垂线。
(3)补偿器关闭,改正数打开
水平角测量中将改正水平视准差与垂直视准差,垂直角得基准线为铅垂线。
(4)补偿器与改正数都关闭
不进行水平角改正,垂直角得基准线为仪器得垂直轴。
4 EDM Test(Signal/Frequency)(测距条件测试)
显示返回信号强度与测距频率
-F3(TREQ)测量频率与返回信号强度显示状态得转换开关。
-F5(STOP)结束并返回原对话框
-F6(ON/OFF)音响开关,仅在显示信号强度时激活,返回信号强度得大小由蜂鸣声表示,信号越强频率越高,当达到100%时则成连续。
5Beep/Hz-sector(音响/角度放样)
6V-Angle/display(垂直角显示)
选择:
Zenithangle 用天顶距显示,指向天顶方向为零度。
Elev、angle+/- 用高度角显示,望远镜在水平位置时显示为零度。
Elev、angle% 用坡度角显示,水平位置显示为零度。
角度用百分比来表示,仰角为正,俯角为负。
7Poweroff,Sleep(关机与休眠)
选择自动关机,在规定时间内无任何按键动作或通讯信号经过接口,则自动关机或进行休眠状态。
可设置自动关机时间。
8 Accessories(附件得使用)
确认对话框中得内容,继续进入下一显示屏
开、关机
返回上一对话框
5.3 主面板下功能键得作用
F1(EXTRA)[帮助功能]
1 on–linemode(Geo)联机模式
进入联机操作(Geo),仪器切换到允许用数据记录器或PC进行通讯得模式。
通过RS232接口,用Geo指令进行操作。
2FormatMemorycard 格式化存贮卡
3RemotecontrolmodeON/OFF 遥控测量模式
F2(CAL)[显示并测设仪器误差]
F1测设补偿器指标差(l ,t)
F2 测设垂直度盘指标差(
F3测设水平视准差与可综合测设垂直度盘指标差选得水平轴倾斜误差(c,a)
F4水平视准差与水平轴倾斜误差(I c a)
F5可选得ATR准直误差测设或对ATR准直误差、视准差与指标差得综合测设
F3(CONF)[系统配置、用户设置]
1System date andtime 设置日期与时间
2Definefunctionality 定义功能
显示:
showallmenusand keys:
NO为YES则激活所有功能;
show fullppmdefinition:
NO 为YES时可输入气象改正、投影改正、垂力改正、折光改正;当为NO时只能输入温度、气压或ppm改正值;
Enable user configurat:
NO 为YES改变原有得用户设置;
Allow dataediting :
NO 为YES则存贮数据或编码块,不能改变测量数据如:
角度、距离或坐标;为NO时不能改就存贮数据。
3GSI-municationsparam GSI通讯参数
按F5(DEFLT)则显示标准参数
4Geo-Coommunicationsparam Geo通讯参数
按F5(DEFLT)则显示标准参数
5Instrumentidentification 仪器名称
6Autoexec-Application 设置开机进入得状态
7Systemprotection 用于系统保护得密码与参数
8Usertemplates 用户模板
9EDM-selection 设置T与TM系列测距仪类型
F4(DATA)[数据管理]
使用该功能,用户可以打开所选得文件进行查瞧,删除数据块或删除数据文件,可以对编码、点号、注记进行编辑,可以搜索、显示与删除独立点数据以及相同点号存储数次得点数据,使用该功能,最后一次存储得点将自动显示地“Point/Code”中。
F1(INPUT) 在数据文件中输入测站坐标,高程只能在输入数值后储存。
shift F5(DEL) 删除当前得数据文件
CONT/F5 数据查瞧
F6(EDIT) 数据编辑
F5(SETUP)[测站数据设置]
功能:
选择数据记录装置、用户设置、测量与数据文件
F5(STAT)设置测站点得坐标,输入水平角值。
按F4(Hz=0)键水平角置零或输入一个已知值。
F3(REC) 记录测站数据,CONT 键确认显示得坐标即设置得测站坐标,返回主菜单。
F6(MEAS)[测量]
F6(MEAS)下得功能键
F1(ALL)同时测量并记录距离与角度测量结果
F2(DIST) 测距并显示结果
F3(REC) 存贮测量结果
F5(HZ0) 水平角置0
Shift f3(LAST)设置当前点号为最近一次记录得点号
Shiftf4 自动改变望远镜得位置(I<>II)
Shiftf6调用并启动应用程序
F4(TARGT) 输入目标点数据:
-输入目标点号
-F4(OFFS)目标点偏心距
-F1(PRISM)选择不同得棱镜
-F2(PPM)设置气象改正、投影改正、折光改正
-定义不同得棱镜常数
-输入气压、气温、湿度与曲率改正参数
-输入折光改正参数
-调用最近一次存贮得点号
-改变望远镜位置
-F3(D INP)手工输入平距
-增加点号
-F5(INDIV)从当前点转换到其它点号
5、4 测量作业时仪器当前得工作状态显示
上图右边为仪器状态显示区:
ﻫ 表示电池电量
[当前操作方式]
全站仪只能以GEO格式通过RS232接口进行控制。
全站仪可通过键盘或RS232接口进行操作。
表示遥控方式打开。
仪器只能通过键盘进行控制。
[数据记录装置状态]
表示仪器内没有存贮卡。
表示已插入存贮卡。
[补偿器工作状态]
补偿器不能工作,可能就是仪器不平、晃动或被快速转动。
补偿器不工作或水平角无改正。
补偿器工作正常,水平角能改正。
[望远镜当前位置]
望远镜当前处于位置1
望远镜当前处于位置2
[自动目标识别]
激活ATR自动目标识别功能
激活跟踪模式,目标被跟踪
跟踪丢失,搜索正在进行
激活自动跟踪模式,但没有照准棱或失去跟踪棱镜
没有激活自动目标识别或跟踪模式
[键盘状态信息]
已按了(Shift)转换键
除了HELP之外至少有一个第二功能键起作用
六 外业机载Inspector V1、0软件
6.1外业机载InspectorV1、0数据采集软件功能
Inspector机载软件操作界面
Inspector机载软件就是专为大坝变形观测外业数据采集自动化而开发设计得,其具体功能如下:
1.内置实际大坝变观网基准点及变观点概略坐标数据库;
2.提供外业编辑、浏览、修改测量控制参数文件(测回数、限差可人工修改。
);
3.将TCA型全站仪安置在某个基准工作点上,人工概略整平仪器,操作员开机后,选择站点及后视点,然后操作员将仪器望远镜概略照准后视点,启动观测工作仪器将自动按预置参数及观测顺序进行多测回角度测量所需观测得预定目标,如需测边再按预置参数及观测顺序多次测量预定目标得距离,从而实现测角网、测边网、边角网或极坐标测量;
4.开始测量时,Inspector软件控制驱动徕卡TCA型仪器望远镜概略照准目标,并启动ATR功能自动精密照准目标,实现无人操作自动目标照准测量;
5.完全按照“中华人民共与国能源部水利部及国家测绘局有关测边、测角技术规范”要求编辑测量控制参数,包括:
测回数、2c差、I指标差、2c较差、I指标较差、归零差、归零较差、方向差、方向较差、测距差、测距较差等等参数,这些参数在现场测量时,实时控制全站仪得测量质量,任何一个测量误差超限,软件都会实时给出告警对话框,并提供用户选择处理菜单;
6.自动记录每次角度、距离观测结果到PCMCIA卡上文件;
7.人工输入测站得气象元素;
8.在下一个测站(基准工作点上)重复3、4、5、6、7项操作;
9.输出得数据文件格式可直截与计算机上DAA大坝变形数据分析处理软件接口(或按用户要求输出);
6、2 控制参数得编辑
在使用外业Inspector机载软件控制徕卡TCA型全站仪进行自动大坝变形监测数据采集得过程中,Inspector软件得各项控制参数(如:
测回数、限差等)全部保存在全站仪机载PCMCIA卡文件:
INSP、CTL中。
故我们必须了解该文件得编辑、录入过程,以便正确控制测量。
在控制参数INSP、CTL文件中,对应屏幕显示每项参数含义如下:
a、“CHNo、”—测回数参数,控制TCA型全站仪自动测量得测回数;
b、“ΔD”—测距较差得限差,控制多次测距得精度限差;
c、“ 2C”—2C差得限差,控制每测回测量得水平角精度;
d、“Δ2C”—2C差互差得限差,控制多测回测量得水平角精度;
e、“Δ2C”—2C差较差得限差,控制多测回测量得水平角精度;
f、“GL”—归零差得限差;
g、“HzHc”—水平角方向较差得限差;
h、“i”—指标差得限差,控制每测回竖直角测量得精度;
i、“Δi”—指标差互差得限差,控制多测回竖直角测量得精度;
j、“VHc”—竖直角方向较差得限差;
k“DistCN”—重复测距次数;
6.3 Inspector机载软件得操作
在启动开始作业前,首先应对仪器进行检查与调整,检查调整方法见附录B;
6、3、1 首次启动Inspector机载软件
首次在TCA型全站仪上启动Inspector机载软件时,首先应对全站仪进行设置,根据所做得工作在系统软件中对以下参数进行设置,设置方法见附录C:
测距仪得测距方式
ﻩ测距仪得加、乘常数
ﻩ对棱镜型号进行选择
补偿器/水平改正工作状态选择
存贮数据载体选择
ﻩﻩ测量单位选择
首次在TCA型全站仪上启动Inspector机载软件时,由于PCMCIA卡上还未存有INSP、CTL参数文件,故程序将给出下图所示告警对话框。
PCMCIA卡上没有INSP、CTL参数文件告警对话框
在按F5“OK”键,程序进入Inspector软件得主菜单窗体(如下图所示)。
“1ConfigurationV1、00” 控制参数编辑录入窗体
“2StationSetupV1、00” 测站设置窗体
“3、 SelectPoint V1、00” 目标点设置窗体
“4 AngleMeasure V1、00” 进入多测回角度测量
“5DistMeasureV1、00” 进入多测回、多目标距离测量
Inspector软件主菜单窗体
在Inspector软件主菜单窗体中,选择“1 ConfigurationV1、00”菜单项进入参数编辑录入窗体。
在该参数文件编辑录入窗体中,可用绿色光标键移动输入条到欲输入项,用黄色数字键输入限差数值。
当首次启动Inspector软件进行配置参数时,窗体中全部限差数值为0,这样,用户在测量过程中,程序进行精度判断将始终给出告警信息(因为限差为零)。
所以用户必须修改这些参数为本次测量精度要求得恰当数值。
注意:
每次编辑修改完参数后,用户必须按白色“CONT”键退出,数据才会被保存,否则软件不会保存修改或录入得数据。
(1)PCMCIA存储卡重新格式化
当PCMCIA存储卡被格式化后,PCMCIA卡上原有得INSP、CTL参数文件将会丢失,因此其参数得输入与修改同“
(1)首次启动Inspector机载软件”部分参数文件得编辑修改一样,用户可遵照执行。
(2)参数文件已经存储在PCMCIA卡
如果PCMCIA卡上保存有INSP、CTL参数文件,则选择“1、ConfigurationV1、0”项菜单后,显示如下图:
可以瞧到,当PCMCIA卡上已经存有INSP、CTL参数文件时,启动执行“1、ConfigurationV1、0”菜单项,在参数编辑录入窗体中,将显示原有各项参数数值。
您可移动输入条,选择修改参数,具体操作同“(1)首次启动Inspector软件”部分说明。
6、3、2仪器测站安置、归零
在Inspector软件中,测站坐标得输入及后视方向得计算全部有操作员在全站仪上选择测站名与后视方向点名即可完成。
在Inspector软件主菜单中,选择“2StationSetup V1、00”进入测站设置菜单,Inspector软件将进入INSP、CTL软件得设站窗体。
进入该设站窗体,Inspector软件将使用到PCMCIA卡上得Base、ins与Basen、ins两个数据文件(故PCMCIA卡中必须存有该文件,该文件可在变观测准备软件中建立)。
在这两个数据文件中,保存着测站点与目标点得三维坐标(X,Y,H)。
Inspector软件允许用户选择文件中任意点作为测站点,选择另一点为后视归零方向(也可以实际后视任意点,输入任意角度值对全站仪度盘进行归零)。
该窗体中所显示信息说明如下:
INSP、CTL软件得设站窗体
a、“Stat、Name:
”—仪器安置测站名;
b、“ N0:
”—测站北坐标;
c、“ E0 :
”—测站东坐标;
d、“ H0:
”—测站高程;
e、“BS、Name:
”—后视方向基准点名;
f、“HZ0:
”—后视方向水平角。
在某个基准点上安装好全站仪后,在Inspector软件设站窗体中具体设站步骤如下:
(1)在Base文件中选择测站点
Inspector设站列表选择对话框
在 INSP、CTL软件得设站窗体中确定输入条在“Stat、Name:
”行,则按F6—LIST列表选择Base文件中得基准点。
在列表框中,可以移动光标选择本次全站仪安置基准点得名称,并回车确定,则完成设站点选择。
当我们选择设站点名后,窗体中N0、E0、H0项将显示该设站点得坐标。
(2)在Base文件中选择后视方向基准点
完成设站点选择后,输入条将自动移到“BS、Name:
”行,同样我们可以通过按F6—LIST选择后视方向基准点名。
(3)设站点及后视点选择完成后操作
当我们在窗体中选择完全站仪设站点及后视点后,Inspector软件将自动根据Base文件中得坐标值反算后视方向角度值,并显示在屏幕上。
Inspector软件设站选择完成状态
全站仪归零窗体
此时,操作员可按F2—HZ0进入全站仪归零窗体。
在全站仪归零窗体中,操作员可输入反算出得HZ0项数值。
(4)不使用Base文件中得基准点作后视方向点
如果后视方向点并非变观网Base文件中得某个点,自然就不可能从Base文件中选择后视方向点,也就无法反算HZ0方向值,所以我们可以在完成设站点选这后,对“BS、Name:
”项任意选择一个点,然后按F2—HZ0进入全站仪归零窗体,操作员不输入图21中反算出得HZ0项数值,而就是输入您实际照准得后视方向点得水平角度值,从而完成任意角度得配置。
(5)完成安置、归零返回Inspector软件主菜单窗体
当完成安置、归零后,操作员必须按白色“CONT”键确定,并退出“StationSetupV1、00”窗体。
注意:
ﻩ必须按“CONT”键退出窗体,若按“ESC”键退出,则本次设站数据Inspector软件不予承认;
由于Inspector软件设站过程中所用数据来自PCMCIA卡中Base文件,故PCMCIA卡上必须存有该文件。
选择第3项菜单进入目标选择窗体
6.3.3、选择目标点
完成全站仪机载In
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